Ε: Πρόσφατα ξεκινήσαμε κάποιες εργασίες που απαιτούν ορισμένα εξαρτήματα να κατασκευάζονται κυρίως από ανοξείδωτο χάλυβα 304, ο οποίος συγκολλάται στον εαυτό του και σε μαλακό χάλυβα. Αντιμετωπίσαμε κάποια προβλήματα με ρωγμές συγκόλλησης μεταξύ ανοξείδωτου χάλυβα και ανοξείδωτου χάλυβα πάχους έως 1,25″. Αναφέρθηκε ότι έχουμε χαμηλά επίπεδα φερρίτη. Μπορείτε να εξηγήσετε τι είναι και πώς να το διορθώσετε;
Α: Αυτή είναι μια καλή ερώτηση. Ναι, μπορούμε να σας βοηθήσουμε να κατανοήσετε τι σημαίνει χαμηλός φερρίτης και πώς να τον αποτρέψετε.
Αρχικά, ας δούμε τον ορισμό του ανοξείδωτου χάλυβα (SS) και πώς ο φερρίτης σχετίζεται με τις συγκολλημένες ενώσεις. Ο μαύρος χάλυβας και τα κράματά του περιέχουν πάνω από 50% σίδηρο. Αυτό περιλαμβάνει όλους τους χάλυβες άνθρακα και ανοξείδωτους χάλυβες, καθώς και ορισμένες άλλες ομάδες. Το αλουμίνιο, ο χαλκός και το τιτάνιο δεν περιέχουν σίδηρο, επομένως αποτελούν εξαιρετικά παραδείγματα μη σιδηρούχων κραμάτων.
Τα κύρια συστατικά αυτού του κράματος είναι ο ανθρακούχος χάλυβας με περιεκτικότητα σε σίδηρο τουλάχιστον 90% και ο ανοξείδωτος χάλυβας με περιεκτικότητα σε σίδηρο 70 έως 80%. Για να ταξινομηθεί ως SS, πρέπει να έχει προστεθεί χρώμιο τουλάχιστον 11,5%. Τα επίπεδα χρωμίου πάνω από αυτό το ελάχιστο όριο προάγουν τον σχηματισμό μιας μεμβράνης οξειδίου του χρωμίου στις χαλύβδινες επιφάνειες και αποτρέπουν τον σχηματισμό οξείδωσης όπως σκουριά (οξείδιο του σιδήρου) ή διάβρωση από χημική προσβολή.
Ο ανοξείδωτος χάλυβας χωρίζεται κυρίως σε τρεις ομάδες: ωστενιτικός, φερριτικός και μαρτενσιτικός. Το όνομά τους προέρχεται από την κρυσταλλική δομή σε θερμοκρασία δωματίου από την οποία αποτελούνται. Μια άλλη κοινή ομάδα είναι ο διπλός ανοξείδωτος χάλυβας, ο οποίος αποτελεί μια ισορροπία μεταξύ φερρίτη και ωστενίτη στην κρυσταλλική δομή.
Οι ωστενιτικές ποιότητες, σειρά 300, περιέχουν 16% έως 30% χρώμιο και 8% έως 40% νικέλιο, σχηματίζοντας μια κυρίως ωστενιτική κρυσταλλική δομή. Σταθεροποιητές όπως νικέλιο, άνθρακας, μαγγάνιο και άζωτο προστίθενται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας παραγωγής χάλυβα για να βοηθήσουν στη διαμόρφωση της αναλογίας ωστενίτη-φερρίτη. Μερικές συνηθισμένες ποιότητες είναι οι 304, 316 και 347. Παρέχει καλή αντοχή στη διάβρωση. Χρησιμοποιείται κυρίως σε βιομηχανίες τροφίμων, χημικών, φαρμακευτικών και κρυογονικών. Ο έλεγχος του σχηματισμού φερρίτη παρέχει εξαιρετική ανθεκτικότητα σε χαμηλές θερμοκρασίες.
Το φερριτικό SS είναι μια κατηγορία σειράς 400 που είναι πλήρως μαγνητική, περιέχει 11,5% έως 30% χρώμιο και έχει κυρίως φερριτική κρυσταλλική δομή. Για την προώθηση του σχηματισμού φερρίτη, οι σταθεροποιητές περιλαμβάνουν χρώμιο, πυρίτιο, μολυβδαίνιο και νιόβιο κατά την παραγωγή χάλυβα. Αυτοί οι τύποι SS χρησιμοποιούνται συνήθως σε συστήματα εξάτμισης αυτοκινήτων και κινητήρες και έχουν περιορισμένες εφαρμογές σε υψηλές θερμοκρασίες. Αρκετοί συνήθως χρησιμοποιούμενοι τύποι: 405, 409, 430 και 446.
Οι μαρτενσιτικές ποιότητες, που αναφέρονται επίσης ως σειρά 400, όπως οι 403, 410 και 440, είναι μαγνητικές, περιέχουν 11,5% έως 18% χρώμιο και έχουν μαρτενσιτική κρυσταλλική δομή. Αυτός ο συνδυασμός έχει τη χαμηλότερη περιεκτικότητα σε χρυσό, καθιστώντας τις λιγότερο ακριβές στην παραγωγή. Παρέχουν κάποια αντοχή στη διάβρωση, ανώτερη αντοχή και χρησιμοποιούνται συνήθως σε επιτραπέζια σκεύη, οδοντιατρικό και χειρουργικό εξοπλισμό, μαγειρικά σκεύη και ορισμένα είδη εργαλείων.
Όταν συγκολλάτε ανοξείδωτο χάλυβα, ο τύπος του υποστρώματος και η εφαρμογή του κατά τη λειτουργία θα καθορίσουν το κατάλληλο μέταλλο πλήρωσης που θα χρησιμοποιηθεί. Εάν χρησιμοποιείτε μια διαδικασία αερίου θωράκισης, ίσως χρειαστεί να δώσετε ιδιαίτερη προσοχή στα μείγματα αερίων θωράκισης για να αποτρέψετε ορισμένα προβλήματα που σχετίζονται με τη συγκόλληση.
Για να κολλήσετε το 304 στον εαυτό του, θα χρειαστείτε ένα ηλεκτρόδιο E308/308L. Το "L" σημαίνει χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα, το οποίο βοηθά στην πρόληψη της ενδοκοκκώδους διάβρωσης. Η περιεκτικότητα σε άνθρακα αυτών των ηλεκτροδίων είναι μικρότερη από 0,03%, και εάν ξεπεραστεί αυτή η τιμή, αυξάνεται ο κίνδυνος εναπόθεσης άνθρακα στα όρια των κόκκων και σύνδεσης χρωμίου για τον σχηματισμό καρβιδίων χρωμίου, γεγονός που μειώνει αποτελεσματικά την αντοχή στη διάβρωση του χάλυβα. Αυτό γίνεται εμφανές εάν εμφανιστεί διάβρωση στη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα (HAZ) των συγκολλήσεων ανοξείδωτου χάλυβα. Μια άλλη παράμετρος που πρέπει να ληφθεί υπόψη για τον ανοξείδωτο χάλυβα κατηγορίας L είναι ότι έχει χαμηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό σε υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας από τις ευθείες ποιότητες ανοξείδωτου χάλυβα.
Δεδομένου ότι το 304 είναι ένας ωστενιτικός τύπος ανοξείδωτου χάλυβα, το αντίστοιχο μέταλλο συγκόλλησης θα περιέχει το μεγαλύτερο μέρος του ωστενίτη. Ωστόσο, το ίδιο το ηλεκτρόδιο θα περιέχει έναν σταθεροποιητή φερρίτη, όπως το μολυβδαίνιο, για να προωθήσει τον σχηματισμό φερρίτη στο μέταλλο συγκόλλησης. Οι κατασκευαστές συνήθως παραθέτουν ένα τυπικό εύρος για την ποσότητα φερρίτη για ένα μέταλλο συγκόλλησης. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο άνθρακας είναι ένας ισχυρός ωστενιτικός σταθεροποιητής και για αυτούς τους λόγους είναι απαραίτητο να αποτρέπεται η προσθήκη του στο μέταλλο συγκόλλησης.
Οι αριθμοί φερρίτη προέρχονται από το διάγραμμα Scheffler και το διάγραμμα WRC-1992, τα οποία χρησιμοποιούν ισοδύναμους τύπους νικελίου και χρωμίου για να υπολογίσουν την τιμή που, όταν απεικονίζεται στο διάγραμμα, δίνει έναν κανονικοποιημένο αριθμό. Ένας αριθμός φερρίτη μεταξύ 0 και 7 αντιστοιχεί στο ποσοστό όγκου της φερριτικής κρυσταλλικής δομής που υπάρχει στο μέταλλο συγκόλλησης, ωστόσο, σε υψηλότερα ποσοστά, ο αριθμός φερρίτη αυξάνεται ταχύτερα. Να θυμάστε ότι ο φερρίτης στο SS δεν είναι ο ίδιος με τον φερρίτη του ανθρακούχου χάλυβα, αλλά μια φάση που ονομάζεται δέλτα φερρίτης. Ο ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας δεν υφίσταται μετασχηματισμούς φάσης που σχετίζονται με διεργασίες υψηλής θερμοκρασίας, όπως η θερμική επεξεργασία.
Ο σχηματισμός φερρίτη είναι επιθυμητός επειδή είναι πιο όλκιμος από τον ωστενίτη, αλλά πρέπει να ελέγχεται. Η χαμηλή περιεκτικότητα σε φερρίτη μπορεί να προσφέρει στις συγκολλήσεις εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση σε ορισμένες εφαρμογές, αλλά είναι εξαιρετικά επιρρεπείς σε θερμές ρωγμές κατά τη συγκόλληση. Για γενική χρήση, ο αριθμός των φερριτών πρέπει να είναι μεταξύ 5 και 10, αλλά ορισμένες εφαρμογές μπορεί να απαιτούν χαμηλότερες ή υψηλότερες τιμές. Οι φερρίτες μπορούν εύκολα να ελεγχθούν στον χώρο εργασίας με έναν δείκτη φερρίτη.
Εφόσον αναφέρατε ότι έχετε προβλήματα με ρωγμές και χαμηλά επίπεδα φερριτών, θα πρέπει να εξετάσετε προσεκτικά το μέταλλο πλήρωσης και να βεβαιωθείτε ότι παράγει αρκετούς φερρίτες – περίπου 8 θα πρέπει να είναι αρκετά. Επίσης, εάν χρησιμοποιείτε συγκόλληση με τόξο με πυρήνα ροής (FCAW), αυτά τα μέταλλα πλήρωσης συνήθως χρησιμοποιούν ένα αέριο θωράκισης 100% διοξειδίου του άνθρακα ή ένα μείγμα 75% αργού και 25% CO2, το οποίο μπορεί να προκαλέσει απορρόφηση άνθρακα από το μέταλλο συγκόλλησης. Μπορείτε να μεταβείτε στη διαδικασία συγκόλλησης με τόξο μετάλλου (GMAW) και να χρησιμοποιήσετε ένα μείγμα 98% αργού/2% οξυγόνου για να μειώσετε την πιθανότητα εναπόθεσης άνθρακα.
Κατά τη συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα με ανθρακούχο χάλυβα, πρέπει να χρησιμοποιείται το υλικό πλήρωσης E309L. Αυτό το μέταλλο πλήρωσης χρησιμοποιείται ειδικά για συγκόλληση ανόμοιων μετάλλων, σχηματίζοντας μια ορισμένη ποσότητα φερρίτη μετά τη διάλυση του ανθρακούχου χάλυβα στη συγκόλληση. Επειδή ο ανθρακούχος χάλυβας απορροφά κάποιο μέρος του άνθρακα, προστίθενται σταθεροποιητές φερρίτη στο μέταλλο πλήρωσης για να αντισταθμίσουν την τάση του άνθρακα να σχηματίζει ωστενίτη. Αυτό θα βοηθήσει στην πρόληψη της θερμικής ρωγμάτωσης κατά τη συγκόλληση.
Συμπερασματικά, εάν θέλετε να επισκευάσετε θερμές ρωγμές σε συγκολλήσεις ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα, ελέγξτε για επαρκές μέταλλο φερρίτη και ακολουθήστε τις ορθές πρακτικές συγκόλλησης. Διατηρήστε την εισερχόμενη θερμότητα κάτω από 50 kJ/in, διατηρήστε μέτριες έως χαμηλές θερμοκρασίες μεταξύ των περασμάτων και βεβαιωθείτε ότι οι ενώσεις συγκόλλησης είναι καθαρές πριν από την συγκόλληση. Χρησιμοποιήστε ένα κατάλληλο μετρητή για να ελέγξετε την ποσότητα φερρίτη στη συγκόλληση, στοχεύοντας στο 5-10.
Το περιοδικό WELDER, παλαιότερα ονομαζόμενο Practical Welding Today, αντιπροσωπεύει τους πραγματικούς ανθρώπους που κατασκευάζουν τα προϊόντα που χρησιμοποιούμε και με τα οποία εργαζόμαστε καθημερινά. Αυτό το περιοδικό εξυπηρετεί την κοινότητα των συγκολλητών στη Βόρεια Αμερική για πάνω από 20 χρόνια.
Τώρα με πλήρη πρόσβαση στην ψηφιακή έκδοση του The FABRICATOR, εύκολη πρόσβαση σε πολύτιμους πόρους του κλάδου.
Η ψηφιακή έκδοση του The Tube & Pipe Journal είναι πλέον πλήρως προσβάσιμη, παρέχοντας εύκολη πρόσβαση σε πολύτιμους πόρους του κλάδου.
Αποκτήστε πλήρη ψηφιακή πρόσβαση στο STAMPING Journal, το οποίο περιλαμβάνει την τελευταία λέξη της τεχνολογίας, τις βέλτιστες πρακτικές και τα νέα του κλάδου για την αγορά σφράγισης μετάλλων.
Τώρα με πλήρη ψηφιακή πρόσβαση στο The Fabricator en Español, έχετε εύκολη πρόσβαση σε πολύτιμους πόρους του κλάδου.